Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

330 / ЗаданКурсЖурналПолныйМПУСУ / 2СУ_СтанцХранГаза

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
21.03.2016
Размер:
819.93 Кб
Скачать

СИСТЕМНАЯ ИНТЕГРАЦИЯ

НЕФТЕГАЗОВАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

Система автоматизированного управления технологическими процессами газосборного пункта станции подземного хранения газа

Денис Андреяхин

В данной статье представлена система автоматизированного управления газосборным пунктом станции подземного хранения газа, обеспечивающая надёжную и эффективную работу оборудования по закачке газа в пласт, по поддержанию пластового давления и отбору газа из хранилища.

ВВЕДЕНИЕ

ний период и обеспечивающий выпол

предоставления полной информа

Современные программно техни

нение необходимых гидрогазодинами

ции по ГСП на автоматизированные

ческие средства, обеспечивающие об

ческих исследований скважин (рис. 1).

рабочие места;

работку колоссального объёма инфор

Система автоматизированного управ

предоставления полной информации

мации в реальном времени, а также

ления технологическими процессами

по ГСП системе верхнего уровня.

тридцатилетний опыт ООО «Фирма

газосборного пункта станции подзем

 

„Калининградгазприборавтоматика”»

ного хранения газа (САУ ГСП) предна

ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА

в области автоматизации нефтегазовой

значена для решения следующих задач:

АВТОМАТИЗАЦИИ

промышленности позволяют создавать

улучшения экономических показате

Покажем особенности построения

автоматизированные системы управле

лей работы ГСП за счёт оптимизации

САУ ГСП на примере реально выпол

ния технологическими процессами,

управления пластом и увеличения

ненного и внедрённого проекта, кото

которые постепенно вытесняют мо

объёмов хранимого активного газа;

рый может рассматриваться как типо

рально и технически устаревшие систе

повышения надёжности и эффектив

вое и расширяемое решение для боль

мы предыдущих поколений.

ности работы основного и вспомога

шинства аналогичных объектов. В со

Объектом автоматизации, рассмат

тельного технологического оборудо

став рассматриваемого ГСП СПХГ

риваемым в данной статье, является га

вания ГСП;

входят (рис. 2):

зосборный пункт станции подземного

обеспечения максимальной безопас

установка отключающих устройств

хранения газа (ГСП СПХГ), осуществ

ности эксплуатации оборудования

(УОУ), предназначенная для

ляющий равномерную закачку газа в

ГСП;

подключения 31 скважины к пром

пласт в летний период, хранение и рав

повышения эффективности и облег

площадке ГСП при помощи кол

номерный отбор газа из пласта в зим

чения работы персонала ГСП путём

лектора,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

28 Рис. 1. Газосборный пункт станции подземного хранения газа (Краснодарский край)

www.cta.ru

СТА 2/2008

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

 

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

31 скважина

 

 

 

 

Подключение

 

 

 

к действующей

 

 

 

системе

 

 

 

водопровода

 

Ингибиторная

 

 

 

установка

 

 

 

На головные

 

 

 

сооружения

 

 

 

Условные обозначения:

 

 

 

Кран шаровой с ручным приводом

Результирующее устройство

Насос погружной

 

Кран шаровой с пневматическим приводом

Автоматика сброса конденсата

«Газ на свечу»

 

Задвижка клиновая с ручным приводом

Сужающее устройство (замерная диафрагма)

Вентиль угловой

 

Клапан обратный

Насос циркуляционный

Клапан предохранительный

 

С1…6 — сепараторы; Е-1,2 — ёмкости; А-1,2 — адсорберы; БОИГ — блок осушки импульсного газа; БПГР — блок подогрева газа регенерации;

 

БПТ — блок подогрева теплоносителя.

 

 

 

Рис. 2. Технологическая схема ГСП СПХГ

пульсного газа – БОИГ, блок подо

система автоматизированного управ

 

грева газа регенерации – БПГР, се

ления объектами жизнеобеспечения

распределения газа по скважинам

паратор С5), предназначенная для

(САУ ОЖ);

 

при закачке или для сбора газа из

осушки и последующего хранения

система автоматизированного управ

скважин при отборе,

импульсного газа, используемого

ления и регулирования (САУ и Р);

контроля параметров технологи

для управления запорной арматурой

основное и резервное автоматизиро

ческого режима работы скважин и

УОУ;

ванные рабочие места (АРМ) опера

отключения скважин от промпло

установка подогрева теплоносителя

тора.

 

щадки при аварийных ситуациях;

(блок подогрева теплоносителя –

САУ УОУ предназначена для выпол

установка первичной сепарации га

БПТ, ёмкость Е 1), предназначен

нения следующих функций:

 

за (сепараторы С1 и С2), предназна

ная для подогрева теплоносителя,

сбор и обработка информации, по

ченная для первичной очистки газа

используемого для обогрева сепара

ступающей от технологического обо

от механических примесей и жидко

торов на установках первичной се

рудования в виде дискретных сигна

сти;

парации газа и комплексного ис

лов;

 

установка комплексного исследова

следования режима работы сква

управление запорной арматурой УОУ

ния режима работы скважин (сепа

жин.

и узла подключения ГСП;

 

ратор С4), предназначенная для из

 

автоматическое формирование ко

мерения расхода и количества жид

СТРУКТУРА САУ ГСП

манд управления при возникнове

кости по каждой скважине при про

В состав САУ ГСП входят (рис. 3):

нии аварийных ситуаций в техноло

ведении исследовательских работ;

система автоматизированного управ

гическом процессе;

 

установка подготовки и хранения

ления установкой отключающих уст

осуществление аварийного останова

импульсного газа (блок осушки им

ройств (САУ УОУ);

ГСП по команде оператора;

29

СТА 2/2008

 

www.cta.ru

 

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653

http://www.cta.ru

 

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

 

 

 

 

 

 

 

автоматический контроль целостно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сти цепей управления и наличия на

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

пряжения питания цепей управле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ния исполнительными механизмами

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(соленоидами узлов управления);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

контроль отработки команд испол

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нительными механизмами;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предоставление информации о не

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

выполнении операций управления

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

по причине неисправности оборудо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вания;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

индикация состояния (положения)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

исполнительных механизмов;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

автоматическое формирование пре

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дупредительной сигнализации;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

предоставление

технологической

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

информации на верхний уровень, а

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

также для систем, входящих в состав

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САУ ГСП;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

контроль исправности технических

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

средств системы с сигнализацией об

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

отказе;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

контроль исправности каналов свя

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

зи с системами, входящими в САУ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГСП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САУ ОЖ служит для выполнения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

следующих функций:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сбор и обработка информации, по

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ступающей от технологического обо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

рудования в виде дискретных и ана

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

логовых сигналов;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вычисление расхода технологическо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го газа на сепараторах;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вычисление объёма воды при сбросе

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

её из сепараторов в узле комплексно

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

го исследования

режима работы

Рис. 3. Структура САУ ГСП

 

 

 

 

 

 

 

 

скважин;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

управление клапанами сброса жид

информации о выходе значений кон

вычисление

мгновенного,

инте

 

кости из сепараторов;

тролируемых параметров за установ

грального расхода технологического

 

управление насосами подачи тепло

ленные пределы;

 

газа на шлейфах установок отклю

 

носителя;

 

автоматическое формирование пре

чающих устройств;

 

 

 

 

управление подпиточным насосом

дупредительной сигнализации;

автоматическое регулирование расхо

 

ёмкости Е 1;

 

предоставление

технологической

да скважины в соответствии с задан

 

управление розжигом БПТ и БПГР;

информации на верхний уровень, а

ными уставками по каждой скважине

 

осуществление аварийного останова

также для систем, входящих в состав

отдельно

(регулирование

расхода

 

БПТ и БПГР по команде оператора;

САУ ГСП;

 

осуществляется с

использованием

 

индикация состояния (положения)

контроль исправности технических

ПИД регулятора);

 

 

 

 

исполнительных механизмов;

средств системы с сигнализацией об

автоматическое поддержание опти

 

индикация возникновения преду

отказе;

 

мальной производительности ГСП в

 

предительных или аварийных ситуа

контроль исправности каналов связи

целом в соответствии с газопотреб

 

ций в технологическом процессе;

с системами, входящими в САУ ГСП.

лением (регулирование дебита осу

 

контроль отработки команд испол

САУ и Р реализует следующие функ

ществляется

 

с

использованием

 

нительными механизмами;

ции:

 

ПИД регулятора);

 

 

 

 

предоставление информации о не

сбор и обработка информации, по

автоматическое управление регули

 

выполнении операций управления

ступающей от технологического обо

рующими устройствами К.РУ.05.91.10

 

по причине неисправности оборудо

рудования в виде дискретных и ана

(далее по тексту – КРУ) в соответст

 

вания;

 

логовых сигналов;

 

вии с газопотреблением;

 

 

 

отображение значений технологиче

проверка достоверности аналоговых

автоматизированное

управление

 

ских параметров на алфавитно циф

сигналов, а также предоставление

КРУ путём задания оператором сте

 

ровом дисплее;

 

информации о выходе значений кон

пени открытия;

 

 

 

 

30

проверка достоверности аналоговых

тролируемых параметров за установ

контроль отработки команд испол

сигналов, а также предоставление

ленные пределы;

 

нительными механизмами;

 

 

www.cta.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

СТА 2/2008

 

 

 

 

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635

Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

 

 

Рис. 5. Контроллер MicroPC установлен

Рис. 4. Шкафы с аппаратурой САУ ГСП

 

 

в каждом шкафу САУ ГСП

 

 

 

 

предоставление информации о не

дистанционное управление техноло

 

генерация сменных ведомостей в

выполнении операций управления

гическим оборудованием ГСП;

 

форме твёрдых копий по запросу

по причине неисправности оборудо

ведение статистического учёта ха

 

сменного инженера;

вания;

рактеристик скважины с глубиной

 

контроль исправности каналов связи

автоматическое формирование пре

ретроспективы до 1 года;

 

со шкафами САУ ГСП;

дупредительной сигнализации;

представление информации на мо

 

задание режимов работы САУ ГСП;

контроль исправности технических

ниторах в форме журнала сообщений

 

обеспечение механизма регистрации

средств системы с сигнализацией об

и событий, рапортов и трендов для

 

пользователей для защиты от несанк

отказе;

анализа истории хода технологиче

 

ционированного управления техно

контроль исправности каналов связи

ского процесса;

 

логическим оборудованием ГСП.

с системами, входящими в САУ ГСП;

 

 

 

предоставление технологической

 

 

 

информации на верхний уровень.

 

 

 

Основное и резервное АРМ предна

 

 

 

значены для выполнения следующих

 

 

 

функций:

 

 

 

отображение на мониторах мнемо схем ГСП в целом и отдельных узлов технологического оборудования ГСП в виде экранных форм (окон), выполненных по принципу много уровневого вложения от общего к ча стному;

визуализация на мониторах инфор мации от датчиков и сигнализаторов технологического оборудования ГСП в реальном масштабе времени;

предоставление информации о не исправности шкафов управления САУ ГСП с глубиной до сменного модуля;

регистрация и архивирование с глу биной ретроспективы до 1 года ин формации о состоянии запорной ар матуры ГСП, состоянии технологи ческого оборудования, аварийных и предаварийных ситуациях, действи ях оператора (управление технологи ческим оборудованием, изменение уставок технологических параметров

и т.д.);

31

 

 

 

СТА 2/2008

www.cta.ru

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

 

 

Все системы, входящие в состав САУ

 

 

 

 

 

 

ГСП, осуществляют обмен информаци

 

 

 

ей посредством сети Ethernet и исполь

 

 

 

зуют протокол обмена Modbus TCP.

 

 

 

САУ ГСП также осуществляет пере

 

 

 

дачу информации по ГСП на АРМ дис

 

 

 

петчера, расположенный на головных

 

 

 

сооружениях СПХГ.

 

 

 

 

 

АППАРАТНО ПРОГРАММНЫЕ

 

 

 

ХАРАКТЕРИСТИКИ САУ ГСП

 

 

 

Аппаратура САУ ГСП размещена в

 

 

 

шкафах двустороннего обслуживания

 

 

 

производства фирмы Schroff (рис. 4).

 

 

 

Шкафы САУ ОЖ и САУ УОУ имеют ор

 

 

 

ганы управления и индикации, располо

 

 

 

женные на передней панели. В каждом

 

 

 

шкафу САУ ГСП установлен контрол

 

 

 

лер MicroPC (рис. 5), выполненный на

 

 

 

базе

процессорной

платы

Fastwel

 

 

 

CPU686E, а также плат расширения

 

 

 

Octagon Systems 5700 (13 разрядный

 

 

Рис. 6. Экранная форма с общей технологической схемой ГСП

АЦП/ЦАП) и Fastwel UNIO96 1 (уни

 

 

 

версальный модуль ввода вывода), чис

 

 

 

ло которых варьируется в зависимости

 

 

 

от количества сигналов ввода вывода.

 

 

 

В качестве системного программного

 

 

 

обеспечения (ПО) контроллера Fastwel

 

 

 

CPU686E используется операционная

 

 

 

система реального

времени

QNX,

 

 

 

которая обеспечивает надёжную и отка

 

 

 

зоустойчивую работу

контроллерного

 

 

 

оборудования. При создании приклад

 

 

 

ного ПО контроллера была использова

 

 

 

на система разработки ISaGRAF 3.4,

 

 

 

позволяющая создавать приложения с

 

 

 

использованием языков программиро

 

 

 

вания стандарта IEC 61131 3.

 

 

 

 

САУ ГСП обеспечивает приём сле

 

 

 

дующих сигналов:

 

 

 

 

 

телеизмерения (ТИ)

 

 

 

 

 

от преобразователей с электричес

 

 

 

 

ким выходным сигналом постоян

 

 

 

 

ного тока 4…20 мА (95 сигналов),

 

 

 

от термопреобразователей сопро

 

 

 

 

 

Рис. 7. Окно объектов жизнеобеспечения ГСП

 

тивления медных типа ТСМ 100

 

 

 

 

(76 сигналов),

 

 

 

 

 

от датчиков положения потенцио

 

 

 

 

метрических (32 сигнала);

 

 

 

 

телесигнализации (ТС) от дискрет

 

 

 

ных датчиков сигналов типа «сухой»

 

 

 

контакт (240 сигналов).

 

 

 

 

САУ ГСП формирует сигналы теле

 

 

 

управления (ТУ) исполнительными

 

 

 

механизмами, обеспечивающие ком

 

 

 

мутацию следующих типов электри

 

 

 

ческих цепей:

 

 

 

 

 

напряжения 24 В постоянного тока со

 

 

 

значением тока до 2 А (100 сигналов);

 

 

 

напряжения 220 В переменного тока

32

 

 

со значением тока до 2,5 А (240 сиг

 

Рис. 8. Окно управления шлейфом ГСП

налов);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

www.cta.ru

 

 

СТА 2/2008

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru

 

С И С Т Е М Н А Я И Н Т Е Г Р А Ц И Я /Н Е Ф Т Е ГА З О В А Я П Р О М Ы Ш Л Е Н Н О С Т Ь

 

 

напряжения 24 В постоянного тока со

 

 

 

значением тока до 30 А (32 сигнала).

 

 

 

Подключение внешних кабелей в

 

 

 

шкафах САУ ГСП осуществляется по

 

 

 

средством клемм фирмы WAGO, что

 

 

 

обеспечивает качественные, надёжные

 

 

 

соединения и ускоряет процесс монта

 

 

 

жа оборудования как на этапе созда

 

 

 

ния системы, так и на этапе её внедре

 

 

 

ния.

 

 

 

 

 

Гальваническая развязка входных це

 

 

 

пей дискретных сигналов осуществля

 

 

 

ется посредством платы TBI 24/0

 

 

 

(Fastwel), после

которой

дискретные

 

 

 

сигналы поступают на плату ввода вы

 

 

 

вода UNIO96 1 и далее в процессор

 

 

 

ную плату контроллера. Сигналы ТУ,

 

 

 

формируемые контроллером, с платы

 

 

 

UNIO96 1 через платы TBI 0/24

 

 

 

(Fastwel) поступают в цепи управления

 

 

 

исполнительными механизмами.

 

 

 

Преобразование входных аналоговых

 

 

 

сигналов (4…20 мА, 0...1500 Ом, сигна

 

 

 

лы от ТСМ 100), их гальваническую

 

 

 

развязку и нормирование осуществля

 

 

 

ют модули согласования Analog Devices

 

 

 

серии 5В. С выходов этих модулей сиг

 

 

 

налы поступают на плату аналогового

Рис. 9. Структура перспективной интегрированной системы автоматизированного управления

 

ввода вывода Octagon Systems 5700 и

технологическими объектами СПХГ

 

 

далее в процессорную плату контролле

 

 

 

ра. Приведённая погрешность каждого

отображение на АРМ паспорта ана

телей АРМ оператора с разными уров

 

канала не превышает 0,2%.

 

логового параметра, в котором пре

нями доступа.

 

 

 

 

доставляется полная информация по

 

 

АРМ ОПЕРАТОРА

 

аналоговому сигналу (уставки, пре

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

АРМ оператора состоит из двух

делы датчика, информация о досто

Представленная в статье САУ ГСП

 

ПЭВМ, одна из которых работает в

верности датчика, выход за уставки)

прошла межведомственные приёмоч

 

«горячем» резерве. В состав АРМ также

с возможностью ее изменения;

ные испытания на одной из СПХГ

 

входит сетевой лазерный принтер.

отображением на экране АРМ исто

Краснодарского края и рекомендована

 

Системное ПО выполнено на основе

рического тренда с возможностью

к серийному производству и примене

 

операционной

системы

Microsoft

выбора временного диапазона или в

нию на технологических объектах ПХГ

 

Windows XP. Для организации хране

режиме реального времени;

ОАО «Газпром».

 

ния и обработки технологической ин

генерацией отчётов в виде твёрдых ко

Модульный принцип построения

 

формации используется

Wonderware

пий по запросу сменного инженера.

программно технических средств этой

 

Industrial SQL Server, что обеспечивает

Информация, полученная от техно

САУ обеспечивает возможность мо

 

надёжность и безопасность хранения

логического оборудования в форме

дернизации и развития САУ ГСП как

 

данных, а также позволяет хранить

дискретных сигналов, отображается на

отдельного объекта или в составе ин

 

большой объём технологической ин

экране АРМ в виде журнала сообщений

тегрированной системы автоматизиро

 

формации без ущерба быстродействию

и событий или графическими средства

ванного управления технологическими

 

АРМ. Прикладное ПО выполнено на

ми (изменение цвета, формы и т.п.), а

объектами станции подземного хране

 

базе программного пакета InTouch 9.0.

также представляется путём генерации

ния газа.

 

АРМ оператора представляет инфор

журналов событий в виде твёрдых ко

В будущем при внедрении несколь

 

мацию по ГСП в виде мнемосхем всего

пий по запросу сменного инженера.

ких САУ ГСП в составе данной СПХГ

 

ГСП (рис. 6) или отдельных его объек

АРМ оператора позволяет формиро

планируется создание мощной систе

 

тов и систем (рис. 7 и 8), выполненных

вать команды управления технологи

мы диспетчеризации (рис. 9), предна

 

по принципу многоуровневого вложе

ческим оборудованием, а также зада

значенной для сбора и обработки ин

 

ния от общего к частному.

 

вать режимы работы ГСП посредством

формации по всем ГСП СПХГ. Нали

 

Информация от аналоговых датчи

изменения таблицы газопотребления.

чие полной технологической инфор

 

ков представляется следующими спо

Все действия оператора регистрируют

мации обеспечит улучшение экономи

 

собами:

 

 

ся в журнале событий. В целях защиты

ческих показателей работы СПХГ за

 

отображением на экране АРМ физи

от несанкционированного управления

счёт оптимизации управления пластом

34

ческого значения аналогового пара

технологическим оборудованием ГСП

и увеличения объёмов хранимого ак

метра;

 

 

предусмотрена регистрация пользова

тивного газа.

 

www.cta.ru

 

 

 

СТА 2/2008

 

 

 

 

© 2008, CTA Тел.: (495) 234 0635 Факс: (495) 232 1653 http://www.cta.ru